CS206800B1 - Zapojení řízených nelineárních odnorň spojených do společného uzlu - Google Patents

Description

Vynález se týká zapojení řízených nelineárních odporů spojených do jednoho uzlu k modelováni fyzikálních závislostí pomocí elektrických veličin.

Při modelování fyzikálních závislostí pomocí elektrických veličin, i v regulační a vý· početní technice se používá nelineárních odporů. Jsou to takové odpory, které mají hodnotu elektrického odporu nelineárně závislou na napětí přivedeném na vývody odporu. Tak při modelování důlních větrných sítí, kdy důlní chodby vycházejí z jednoho společného místa a rozebíhají se vějířovitě do různých směrů je možné toto uspořádání pří modelových situacích nahradit soustavou nelineárních odporů, které jsou zapojeny do jednoho uzlu, přičemž nelinearita jednotlivých nelineárních odporů se liší. Nelineární odpory, které se dosud pro tento účel používají mají mnoho nevýhod. Při použití termistorů, které je nejčastější, je třeba termistory nejprve zahřát na předepsanou teplotu a při měření je třeba neustále udržovat konstantní teplotu okolí. Zahřátí termistoru ovlivňuje spotřebu elektrické energie. Jakékoli změny okolní teploty zkreslují naměřené výsledky tak, že neodpovídají skuteč nosti. Při změnách modelové situace je třeba čekat dlouhou dobu na přechod termistorů a na jejich vyrovnání v nových podmínkách s ohledem na tepelnou setrvačnost termistorů. Při použití žárovek se navíc nepříznivě projevuje obtížné nastaveni, nespolehlivost a prostorová náročnost. Použije-li se elektronek nebo samotných tranzistorů je na závadu velká nepřesnost a malá časová stálost nelineárního odporu. Protože charakteristiky nelineárních závis

206 800 lostí dosud používaných nelineárních odporů nejsou dlouhodobě stálé ani dostatečně přesné a kladou velké nároky jak na prostor, tak na čas při stabilizaci teploty, což nepříznivě ovlivňuje dobu zkoušek i spotřebu elektrické energie, je třeba sestavit takové nelineární odpory, které by tyto nedostatky odstranily. Tento úkol si klade za cíl předložené zapojení řízených nelineárních odporů spojených do společného uzlu. Podle vynálezu, zapojení sestává z řízených odporů, nelineárních zesilovačů, porovnávacích zesilovačů, napájecí jednotky, proměnných a měřicích odporů. Podstata vynálezu spočívá v tom, že mezi každou samostatnou svorkou zapojení a společnou uzemněnou svorkou zapojení je nelineární odpor sestávající ze sériové kombinace řízeného odporu a měřicího odporu. První vývod měřicího odporu je spojen s uzemněnou společnou svorkou zapojení. Každá samostatná svorka zapojení je spojena s prvním vývodem přiřazeného řízeného odporu a s hodnotovým vstupem přiřazeného nelineárního zesilovače, jehož nastavovací vstup je spojen s přiřazenou nastavovací svorkou. Řídicí výstup každého nelineárního zesilovače je spojen přes přiřazený proměnný odpor s řídicím vstupem přiřazeného porovnávacího zesilovače, jehož řídicí výstup je spojen s řídicím vstupem přiřazeného řízeného odporu. Druhý vývod každého řízeného odporu je spojen se druhým vývodem přiřazeného měřicího odporu a s měřicím vstupem přiřazeného porovnávacího zesilovače, jehož zemnící výstup je spojen se zemí. Se zemí je,též spojen zemnicí výstup každého nelineárního zesilovače a zemnicí výstup napájecí jednotky, jejíž napájecí vstup., je spojen s napájecí svorkou.

Napájecí výstup napáječi jednotky je spojen s napájecím vstupem každého nelineárního zesilovače as napájecím vstupem každého porovnávacího zesilovače.

Výhodou zapojení podle vynálezu je, že umožňuje velmi přesně vymodelovat u jakéhokoli počtu nelineárních odporů spojených do uzlu nelineární závislost mezi napětím přivedeným na příslušnou samostatnou svorku a mezi společnou uzemněnou svorku zapojení. Tuto nelineární závislost je možno podle potřeby u jednotlivých nelineárních odporů libovolně měnit a případně znova nastavit její původní hodnotu. Změna nelineární závislosti se provádí jednoduchou změnou signálu ha příslušné nastavovací svorce. Nastavená nelineární závislost je přesná a časově stálá. U zapojení se neprojevuje tepelná setrvačnost a není třeba udržovat přesnou teplotu okolí. Jakékoli její změny neovlivní přesnost a stálost nastavené nelinearity. Změny modelové situace se mohou uskutečnit během několika desítek sekund, zatímco u dosud známých zapojení trvala změna modelové situace několik hodin. Zapojení vykazuje nízkou spotřebu elektrické energie a je prostorově nenáročné. Je sestaveno z běžně dostupných součástek, což příznivě ovlivňuje jeho cenu.

Příklad zapojení řízených nelineárních odporů zapojených do společného uzlu je schematicky znázorněno na připojeném výkrese, kde jsou dva nelineární odpory.

Jednotlivé bloky zapojení je možno charakterizovat takto. Řízený odpor JL^ až JL_n j® realizován buá jako tranzistor nebo fototranzistór, Může to být též tranzistor řízený polem. nebo elektronka, případně takový elektrický prvek, který umožňuje měnit velikost vlastního elektrického odporu, nebo jím protékaného elektrického proudu v závislosti na napětí «ebe na proudu, který se přivádí na jeho řídicí vstup. Nelineární zesilovač 2^ až je stejnosměrný zesilovač s nelineární zápornou zpětnou vazbou tvořenou tranzistory, odpory nebo diodami. Slouží k vytváření nelineární závislosti mezi svým hodnotovým vstupem a svým* řídicínl výstupem. Nelineární závislost například exponenciální se nastavuje signálem na nastavovacím vstupu nelineárního zesilovače. Proměnný odpor 3^ až 3_n je běžně známý jakýkoli proměnný odpor například potenciometr, který umožňuje mechanicky měnit vlastní elektrický odpor, Slouží k nastavení signálu, který ovlivňuje velikost proudu protékajícího přiřazeným řízeným odporem. Porovnávací zesilovač 4^ až 4_r je operační zesilovač s asymetrickým vstupem i výstupem, s proporcionálním nebo proporcionálně - intergačním přenosem a s dostatečně velkým zesílením. Slouží k porovnání napětí na svém řídicím vstupu a na svém měřicím vstupu. Napájecí jednotka 6 jě společná pro všechny napájené zesilovače u všech nelineárních odporů. Složení napájecí jednotky 6 je závislé na vstupním napájecím napětí. Je-li vstupní napájecí napětí, střídavé, potom je vytvořena z transformátorů. Je-li vstupní napájecí napětí stejnosměrné je vytvořena z tranzistorových měničů. Dále je vybavena usměrňovačem střídavého sekundárního napětí oddělovacího transformátoru, filtračním kondenzátorem a Zenerovoti diodou pro stabilizaci stejnosměrného výstupního napětí. Slouží k napájení všech zesilovačů stejnosměrným, stabilizovaným, galvanicky odděleným napětím.

Zapojení může být sestaveno z libovolného počtu nelineárních odporů. Každý nelineární odpor je vytvořen z jednoho řízeného odporu _lj/ ^a^ J._n a k němu do série zapojeného přiřazeného měřicího odporu 5| až 5_n· Ke každému nelineárnímu odporu je dále přiřazen jeden nelineární zesilovač 2^ až 2_r , jeden proměnný odpor 3^ až 3^ a jeden porovnávací zesilovač 4^ až 4_fi. Napájecí jednotka 6 je pro všechny napájené zesilovače společná. Propojení jednotlivých blokůu zapojení je provedeno takto. Každá samostatná svorka 7^ až 2_n zapojení je spojena s prvním vývodem 01až 01l_p přiřazeného řízeného odporu 1.^ až l_fl a s hodnotovým vstupem 021₁ až 021_u přiřazeného nelineárního zesilovače 2^ až 2^. jehož nastavovací vstup 022^ až 02£_n je spojen přiřazenou nastavovací svorkou 10^ až l®_a. feádicí výstup 025 až 025_β každého nelineárního zesilovače 2^ až je spojen přes přiřazený proměnný odpor 3^ až 3^ s řídicím vstupem 041^ až 04 l_u přiřazeného porovnávacího zesilovače až 4^ jehož řídicí výstup 045^ až 045^ je spojen s řídicím vstupem 013^ až 013 přiřazeného řízeného odporu _1| až 1^. Druhý vývod 012^ až 012^ každého řízeného odporu 1.^ až 2_η je spojen jednak s měřicím vstupem 042^ až 042^ přiřazeného porovnávacího zesilovače až 4^ a jednak přes přiřazený měřicí odpor až ÍL se společnou zemněnou svorkou 8. Se zemí je též spojen zemnicí výstup 024. až 024 každého nelineárního zesilovače 4. až 4 , zemnicí výstup 0441 až 044^ každého porovnávacího zesilovače 4^ až 4^ a zemnicí výstup 063 napájecí jednotky 6. ·

Napájecí vstup 061 jednotky 6 je spojen s napájecí svorkou 9. Napájecí výstup 062 napájecí jednotky 6 je spojen s napájecím vstupem ¢23. a,B^023 každého nelineárního zesilovače až 2^ s každým napájecím vstupem 043₁ až 043_n každého porovnávacího zesilovače 4^ až 4 .

—n činnost všech nelineárních odporů je v podstatě stejná, liší se především druhem nelineární závislosti. Tato nelineární závislost se nastavuje buň impedancí nebo napěíovým sigeálem, který ae přivádí příslušnou nastavovací svorkou 10^ až i2_n· Proto je činnos_;t popsána jen pro první nelineární odpor sestavený z prvního řízeného odporu JL^ a z prvního měřicího odporu 5^. Xa první samostatnou svorku 7^ a na společnou svorku 8 se .přivádí elektrické napětí, které přichází na hodnotový vstup 021^ prvního nelineárního zesilovače 2^. Toto napětí se v prvním nelineárním zesilovači 2^ upravuje předem nastavenou nelinearitou.

V tomto konkrétním případě je závislost mezi hodnotovým vstupem 021^ a řídicím výstupem 025i prvního nelineárního zesilovače 21 odmocninová. Prvním nastavovacím odporem 3^ se zadává požadovaná hodnota proudu protékajícího prvním řízeným odporem J.J. Signál, představující požadovanou hodnotu proudu přichází na řídicí vstup 041^ prvního porovnávacího zesilovače 4^. Na měřicí vstup 042j prvního porovnávacího zesilovače 4^ přichází signál odpovídající skutečné hodnotě proudu procházejícího prvním řízeným odporem Tento signál se získává z úbytku napětí ňa prvním měřicím odporu 5^, protože tento úbytek je lineárně závislý na proudu protékajícím prvním řízeným odp'orem 1^. Rozdíl mezi požadovanou hodnotou proudu a skutečnou hodnotou proudu protékajícího prvním řízeným odporem se v prvním porovnávacím zesilovači 4^ zesílí a výstupní napětí na jeho řídicím výstupu 045^ se přivádí na řídicí vstup 013^ prvního řízeného odporu l.j. Tím se mění hodnota elektrického odporu prvního řízeného odporu tak dlouho, až se srovná velikost požadované hodnoty protékajícího proudu se skutečnou velikostí proudu protékajícího prvním řízeným odporem 1^. Potom je také napětí na měřicím vstupu 042prvního porovnávacího zesilovače 4^ stejné jako napětí na jeho řídicím vstupu 041^. Protože požadovaná hodnota proudu protékajícího prvním řízeným odporem 1^ je odvozena od vstupního napětí na první samostatné svorce 7^ přes první nelineární zesilovač 2| je i skutečná hodnota proudu protékajícího přes první řízený odpor nelineárzě závislá na napětí na první samostatné svorce 7j. Společná napájecí jednotka 6 napájí vSzchny nelineární zesilo.vače 2^ až 2_n a všechny porovnávací zesilovače 4^ až 4_fl stejttszměrným, stabilizovaným a galvanicky odděleným napětím. Při neužití zapojení pro modelovém! nelineárních oriperů důlních větrných sítí, je dán tlakovým rozdíl vztahem:

h = R . Qⁿ, kde h je tlakový rozdíl - deprese R je odpor větrné «esty Q je znežstvl procházejícího vzduchu η je exponent, který se pohybuje v rozmezí 1,6 až 2,4.

V zapojení, které slouží jako model důlních chodeb zapojených do společného uzlu, představuje napětí mezi každou samostatnou svorkou 7^ až 2_n ^a mezi společnou uzlovou svorkou 8 tlakový rozdíl nebo též depresi na příslušném nelineárním odporu. Proud protékající příslušným nelineárním odporem, který tvoří příslušný řízený odpor J.£ až i_n a k němu přiřazený měřicí odpor 5^ až 5^, představuje množství vzduchu procházejícího důlní chodbou, které se též nazývá důlní vítr. Elektrický odpor nelineárního odporu představuje odpor důlnímu větru, což je odpor, který klade důlní chodba procházejícímu vzduchu.

Vynálezu se využije při modelování fyzikálních závislostí pomocí elektrických veličin, zejména při modelování důlních větrných sítí i v regulační technice a v automatizaci.

Claims (1)

1. P fi E O Μ £ T VYNÁLEZU

   Zapojení řízených nelineárních odporů spojených do Společného uzlu, sestávající z řízených odporů, nelineárních zesilovačů, porovnávacích zesilovačů, a z řízených, proměnných a měřicích odporů, vyznačující se tím, že mezi každou samostatnou svorkou (7až 7 ) zapojení a společnou uzemněnou svorkou (8) zapojení je zapojen nelineární odnor sestávající ze sériové kombinace řízeného odporu (1^ až í_f() a měřicího odporu (5^ až 5^), jehož první vývod je spojen s uzemněnou společnou svorkou (8) zapojení, přičemž každá samostatná svorka (7j až 7_n> je spojena s prvním vývodem (011^ až 011_n) nřiřazeného řízeného odporu (1^ až l_n> a s hodnotovým vstupem (021^ až 021_n) přiřazeného nelineárního zesilovače (2^ až 2_n), jehož nastavovací vstun (022^ až 022_n) je spojen s přiřazenou nastavovací svorkou (10^ až 10_n) a řídicí výstup (025^ až 025^) každého nelineárního zesilovače (2^ až 2^) je spojen přes přiřazený proměnný odpor (3^ až 3_n) s řídicím vstupem (041^ až 041^) přiřazeného porovnávacího zesilovače (4^ až 4^), jehož řídicí výstup (045^ až 045 ) je spojen s řídicím vstupem (013^ až 013_r) přiřazeného řízeného odporu (1^ až 1^), jehož druhý vývod (012^ až 012_η> je spojen se druhým vývodem přiřazeného měřicího odporu (5^ až 5_f() a s měřicím vstupem (042^ až 042_fl) přiřazeného porovnávacího zesilovače (4^ až 4_n>, jehož zemnicí výstup (044^ až 044_r) je spojen se zemí, se kterou je též spojen zemnicí výstup (024^ až 024^) každého nelineárního zesilovače (2^ až 2J a zemnicí výstup (063) napájecí jednotky (6), jejíž napájecí vstup (061) je spojén s napájecí svorkou (9) a napájecí výstup (062) napájecí jednotky (6) je spojen s napájecím vstupem (023^ až 023 ) každého nelineárního zesilovače (2^ až 2_n) a s napájecím vstupem (041^ až 041_n) každého porovnávacího zesilovače